引言

變電站是由高壓開關(guān)設(shè)備、低壓開關(guān)設(shè)備、配電變壓器、電能計量設(shè)備等組合成緊湊的成套配電裝置,用于居民小區(qū)、高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、中小型工廠、礦山油田及有臨時施工用電的場所。在配電系統(tǒng)中變電站用于接收和分配電能,當前城市變電站建設(shè)和改造采用的新型成套設(shè)備既可用于環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng),也可用于雙電源或放射終端配電系統(tǒng)。

高壓開關(guān)柜在電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉(zhuǎn)換和消耗中起通斷、控制或保護等作用,主要適用于發(fā)電廠、變電站、礦山、石油化工、冶金軋鋼、輕工紡織和住宅小區(qū)等各種不同場合,開關(guān)柜具有架空進出線、電纜進出線、母線聯(lián)絡(luò)等功能。

在現(xiàn)有的10kV開關(guān)柜驗電中,由于驗電小車重量較大,需要多人操作將驗電小車放在轉(zhuǎn)運車上再進行移動。而現(xiàn)有高壓開關(guān)柜的驅(qū)動結(jié)構(gòu)一般為直接帶動活門在軌道上移動,其開合速度較快,容易夾到操作人員。若現(xiàn)場工作人員誤操作,將手深入開關(guān)柜內(nèi),就極易發(fā)生安全事故。

1現(xiàn)有結(jié)構(gòu)缺陷

現(xiàn)有高壓開關(guān)柜操作過程中,為保證電力網(wǎng)安全運行、確保設(shè)備和人身安全、防止誤操作,有五項防止電氣誤操作的內(nèi)容,主要包括:

(1)為防止帶負荷分、合隔離開關(guān),高壓開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器小車在試驗位置合閘后,小車斷路器無法進入工作位置。

(2)為防止帶接地線合閘,高壓開關(guān)柜內(nèi)的接地刀在合位時,小車斷路器無法合閘。

(3)為防止誤入帶電間隔,高壓開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器在合閘工作時,盤柜后門用接地刀上的機械與柜門閉鎖。

(4)為防止帶電掛接地線,高壓開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器在工作時合閘,合接地刀無法投入。

(5)為防止帶負荷拉刀閘,高壓開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器在工作合閘運行時,無法退出小車斷路器的工作位置。

因此,現(xiàn)有開關(guān)柜結(jié)構(gòu)為上下活門拐臂、中心軸、上下剪刀軸、剪刀軸、支撐架、固定板、彈簧:固定板安裝在高壓開關(guān)柜斷路器室內(nèi)的左右側(cè)板上,支撐架安裝在固定板上,中心軸安裝于固定板上,中心軸上套彈簧、上下活門拐臂:彈簧位于上下活門拐臂之間,上下剪刀軸安裝在上下活門拐臂上。上下活門拐臂連接在上下活門連桿靠下方的一端,上下活門連桿靠上方一端對應(yīng)連接上下活門板,上下活門板套在左右導(dǎo)桿上進行上下滑動,并由左右導(dǎo)桿上的定位銷限制上下運動的距離,相應(yīng)地就限制了上下活門拐臂間開啟的角度。該結(jié)構(gòu)有如下缺陷:

(1)機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要轉(zhuǎn)運小車操作,現(xiàn)場操作時人員可能會誤操作將手深入開關(guān)柜內(nèi),極易造成人員觸電,形成安全隱患。

(2)開合速度較快,容易夾到操作人員,形成安全隱患。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本文提出了一種分區(qū)開門的活門驅(qū)動結(jié)構(gòu)及高壓開關(guān)柜,在開合過程中速度不會過快,更加安全可靠。

2分區(qū)開門的開活驅(qū)結(jié)構(gòu)特點

2.1分區(qū)開門的開活驅(qū)結(jié)構(gòu)組成

分區(qū)開門的活門驅(qū)動結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

2.2分區(qū)開門的開活驅(qū)結(jié)構(gòu)特點

分區(qū)開門的活門驅(qū)動結(jié)構(gòu)及高壓開關(guān)柜整體如圖2所示,該裝置為一種分區(qū)開門的活門驅(qū)動結(jié)構(gòu),主要包括基座、調(diào)節(jié)支架、調(diào)節(jié)從動絲桿、驅(qū)動軸。

(1)基座為一塊起固定作用的蓋板,用于固定調(diào)節(jié)支架與驅(qū)動主軸。包括前蓋板和后蓋板,前蓋板和后蓋板之間安裝有左支架、右支架和驅(qū)動軸。蓋板包括與前蓋板平行的后板體,以及與前蓋板通過螺釘連接的上折彎部、下折彎部,通過折彎部的長度可以控制前蓋板和后蓋板之間的距離,該結(jié)構(gòu)只需對后蓋板進行折彎加工,成本較低。

(2)調(diào)節(jié)支架是安裝在基座上的左支架、右支架。上折彎部的上側(cè)焊接有上橫梁套,左支架包括左上橫梁,右支架包括右上橫梁,左上橫梁和右上橫梁均安裝在橫梁套內(nèi)。左支架還包括左下橫梁,右支架還包括右下橫梁,左下橫梁和右下橫梁均安裝在下折彎部中,下折彎部中還設(shè)有橫梁導(dǎo)向塊,左下橫梁和右下橫梁上均設(shè)有導(dǎo)向槽,導(dǎo)向槽的長度方向與左支架、右支架的移動方向相同,每個導(dǎo)向槽中至少安裝有兩個橫梁導(dǎo)向塊,橫梁導(dǎo)向塊的高度與導(dǎo)向槽的高度相同。

左上橫梁內(nèi)還安裝有左限位板,右上橫梁內(nèi)還安裝有右限位板,左限位板與左上橫梁的內(nèi)壁之間通過左拉伸彈簧連接,右限位板與右上橫梁的內(nèi)壁之間通過右拉伸彈簧連接:左限位板和右限位板上均設(shè)有限位槽,限位槽包括與驅(qū)動軸外徑大小適配的第一轉(zhuǎn)動槽和第二轉(zhuǎn)動槽,第一轉(zhuǎn)動槽和第二轉(zhuǎn)動槽之間通過連接槽連接,連接槽的寬度小于第一轉(zhuǎn)動槽和第二轉(zhuǎn)動槽的內(nèi)徑,驅(qū)動軸上設(shè)有可以在連接槽中移動的驅(qū)動軸凹口部,高權(quán)限鎖包括用于將左限位板和右限位板在驅(qū)動軸的軸向方向上撥到驅(qū)動軸凹口部處的撥塊,撥塊位于左限位板和右限位板之間。

左支架上安裝有左螺套,左螺套適配安裝在左傳動絲桿上,右支架上安裝有右螺套,右螺套適配安裝在右傳動絲桿上。

(3)調(diào)節(jié)從動絲桿分為左傳動絲桿和右傳動絲桿,一端安裝在驅(qū)動主軸上,另一端用于調(diào)節(jié)支架。左傳動絲桿的兩端安裝有左軸承和左軸承座,左軸承座固定安裝在蓋板上。右傳動絲桿的兩端安裝有右軸承和右軸承座,右軸承座固定安裝在蓋板上。左支架包括左焊接件,左焊接件包括第一焊接件和第二焊接件,第一焊接件包括上安裝段、下安裝段和第一連接段,上安裝段與左上橫梁連接,下安裝段與左下橫梁連接,第二焊接件包括第二連接段和第二安裝段,第二連接段和第一連接段焊接,第二安裝段安裝在左下橫梁中。右支架包括與左焊接件結(jié)構(gòu)相同的右焊接件,該結(jié)構(gòu)使得焊接件強度更高。第一連接段和第二連接段相對左下橫梁的運動方向傾斜,傾斜的第一連接段和第二連接段可以提高對尺寸偏差的容許量。

(4)驅(qū)動軸固定在基座下端,一端安裝有傘齒輪,用于安裝調(diào)節(jié)從動絲桿組件。在活門開啟時,通過驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動,可以帶動傘齒輪轉(zhuǎn)動,進而帶動左傳動絲桿和右傳動絲桿轉(zhuǎn)動,使得左螺套向左移動,右螺套向右移動,從而使得左支架向左移動,右支架向右移動,帶動兩側(cè)的門板打開,而在活門復(fù)位過程中,即使活門受力較大,在螺套運動方向上的力都會被傳動絲桿抵消,使得活門的移動速度不會過快,更加安全可靠。

3基本原理

3.1活門傳動原理

分區(qū)開門的活門驅(qū)動結(jié)構(gòu)及高壓開關(guān)柜,包括前蓋板和后蓋板,前蓋板和后蓋板之間安裝有左支架、右支架和驅(qū)動軸,驅(qū)動軸的一端安裝有傘齒輪,前蓋板和后蓋板之間還安裝有左傳動絲桿和右傳動絲桿,左支架上安裝有左螺套,左螺套適配安裝在左傳動絲桿上,右支架上安裝有右螺套,右螺套適配安裝在右傳動絲桿上。通過調(diào)節(jié)支架組件與調(diào)節(jié)從動絲桿組件的方式,實現(xiàn)輕量化的活門驅(qū)動,操作方式簡便。

開關(guān)柜的操作原理:通過驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動,可以帶動傘齒輪轉(zhuǎn)動,進而帶動左傳動絲桿和右傳動絲桿轉(zhuǎn)動,使得左螺套向左移動,右螺套向右移動,從而使得左支架向左移動,右支架向右移動,帶動兩側(cè)的門板打開。因此,該開關(guān)柜整體可看作調(diào)節(jié)支架通過調(diào)節(jié)從動絲桿的轉(zhuǎn)動開合,進而帶動兩側(cè)門板開合。

在活門復(fù)位過程中,即使活門受力較大,在螺套運動方向上的力都會被傳動絲桿抵消,使得活門的移動速度不會過快,更加安全可靠,解決了現(xiàn)有技術(shù)中高壓開關(guān)柜的活門開關(guān)速度過快,容易夾傷操作人員的問題。當需要進行高壓開關(guān)柜活門驅(qū)動時,通過驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動即可實現(xiàn)。

3.2高壓開關(guān)柜檢修原理

開關(guān)柜內(nèi)空間包括位于中部的低權(quán)限區(qū),以及位于低權(quán)限區(qū)兩側(cè)的高權(quán)限區(qū)。活門驅(qū)動結(jié)構(gòu)還包括用于開啟開關(guān)柜內(nèi)低權(quán)限區(qū)的低權(quán)限鎖和用于進一步開啟開關(guān)柜高權(quán)限區(qū)的高權(quán)限鎖。

高壓開關(guān)柜內(nèi)一般分為多個區(qū)域,每個區(qū)域中安裝不同的組件,而不同組件對檢修人員的要求不同。例如:儀表室內(nèi)器件的電壓較低,檢查過程也以數(shù)值記錄為主,對檢修人員的要求較低:而母線室內(nèi)電壓較高,若操作不當容易發(fā)生觸電事故?，F(xiàn)有的工作環(huán)境中,一般安排固定的檢修人員同時檢修開關(guān)柜內(nèi)各個區(qū)域,對檢修人員的要求較高:而本方案中通過高權(quán)限鎖可以將檢修要求較高的區(qū)域與檢修要求較低的區(qū)域隔開,從而可以將檢修不同區(qū)域的任務(wù)分配給不同級別的檢修員,進而節(jié)省人工成本,并且低權(quán)限的檢修員無法打開高權(quán)限區(qū),可以避免經(jīng)驗不足的檢修員誤操作導(dǎo)致的觸電事故。

上橫梁套內(nèi)還安裝有用于將被撥塊撥動后的左限位板和右限位板復(fù)位的限位板復(fù)位結(jié)構(gòu),在活門被完全關(guān)閉后,左限位板和右限位板會在驅(qū)動軸軸向上復(fù)位,而當左限位板和右限位板在軸向上復(fù)位前,活門的高權(quán)限區(qū)一旦打開,就處于可反復(fù)打開的狀態(tài),便于檢修人員暫時關(guān)閉高權(quán)限區(qū)從而進行接電測試。

需要對低權(quán)限區(qū)進行檢修操作時,低權(quán)限鎖插銷從驅(qū)動軸退出,從而使得驅(qū)動軸處于可轉(zhuǎn)動狀態(tài),驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動同時帶動兩側(cè)的門板向外打開,此時,由于驅(qū)動軸位于第一轉(zhuǎn)動槽內(nèi),左限位板和右限位板受到驅(qū)動軸的限位無法水平移動,因此,左限位板和左上橫梁、右限位板和右上橫梁之間會產(chǎn)生相對移動,并使得左拉伸彈簧和右拉伸彈簧被拉長,待彈簧拉伸到一定長度后,左限位塊碰到左限位座,右限位塊碰到右限位座,左支架和右支架無法再繼續(xù)移動,此時,低權(quán)限區(qū)被打開,而高權(quán)限區(qū)仍處于關(guān)閉狀態(tài),當檢修人員完成檢修后,左拉伸彈簧和右拉伸彈簧可以使得左支架和右支架自動復(fù)位:當需要對高權(quán)限區(qū)進行檢修操作時,高權(quán)限的檢修人員將高權(quán)限鎖撥動,從而使得左限位板向下?lián)軇?右限位板向上撥動,并且都移動到驅(qū)動軸凹口部處,此時,由于驅(qū)動軸凹口部可以通過連接槽,左限位板和右限位板可以在驅(qū)動軸的徑向上移動,從而使得左支架和右支架可以移動更遠的距離,進而使得高權(quán)限區(qū)被打開。

當?shù)蜋?quán)限的檢修員在檢修過程中發(fā)現(xiàn)問題需要打開高權(quán)限區(qū)域進行維修時,可以通知高權(quán)限的檢修員,在活門處于低權(quán)限區(qū)打開的情況下進一步打開,其過程為:通過高權(quán)限鎖的撥塊將左限位板和右限位板撥到驅(qū)動軸凹口部處,在左拉伸彈簧和右拉伸彈簧的作用下,左限位板向左移動,右限位板向右移動,使得左限位塊和左限位座分離、右限位塊和右限位座分離,此時,左支架和右支架可以進一步向外打開。

當高權(quán)限區(qū)域在維修過程中需要暫時關(guān)閉時,例如,母線室的母線需要更換時,需要斷電后打開高權(quán)限區(qū),而判斷更換母線后開關(guān)柜是否正常工作需要關(guān)閉高權(quán)限區(qū)并接電進行檢測,這會導(dǎo)致高權(quán)限區(qū)需要反復(fù)開啟,而高權(quán)限區(qū)開啟一次后,左限位板和右限位板均處于驅(qū)動軸凹口部中,可以在不動用高權(quán)限鎖的情況下反復(fù)開啟高權(quán)限區(qū),直到檢修完全完成后,限位板復(fù)位結(jié)構(gòu)使得左限位板和右限位板在驅(qū)動軸的軸向上復(fù)位,高權(quán)限區(qū)才再次處于鎖死狀態(tài)。

4結(jié)語

環(huán)網(wǎng)柜本身具有結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、聯(lián)鎖可靠等特點,對各種不同的應(yīng)用場合、不同用戶要求均能提供令人滿意的技術(shù)方案。傳感技術(shù)和最新保護繼電器的采用,加上先進的技術(shù)性能及輕便靈活的裝配方案,可以完全滿足市場不斷變化的要求。

但其也存在諸多操作不便的缺陷及安全隱患,而本文所設(shè)計的分區(qū)開門的活門驅(qū)動結(jié)構(gòu)及高壓開關(guān)柜,相比于傳統(tǒng)的10kV開關(guān)柜具有如下優(yōu)勢:(1)活門復(fù)位過程中不會移動過快,更加安全可靠:(2)該活門驅(qū)動結(jié)構(gòu)生產(chǎn)成本較低:(3)該高壓開關(guān)柜活門驅(qū)動的結(jié)構(gòu)強度高:(4)可以將檢修要求較高的區(qū)域與檢修要求較低的區(qū)域隔開,從而將檢修不同區(qū)域的任務(wù)分配給不同級別的檢修員,進而節(jié)省人工成本:(5)高權(quán)限區(qū)被打開一次后,在活門完全關(guān)閉前可以被反復(fù)打開,便于檢修人員檢修。